安装角对压气机叶栅气动噪声特性的影响

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1、航空学报AclaAeronauticaetAstronauticaSinicaApr．252012V01．33No．4588—596ISSN1000·6898CN11—1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．crlhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000-6893(2012)04—0588—09安装角对压气机叶栅气动噪声特性的影响杨燕丽，杨爱玲*，董锐，陈二云，戴韧上海理Z-大学能源与动力工程学院，上海200093摘要：基于大涡模拟(LES)和边界元方法对轴流压气机叶栅湍流流场以及流场诱导的噪声进行计算，在不同叶栅安装角下研究来流攻角和来流雷诺数对叶栅气动噪声

2、产生、辐射的影响。研究表明：来流雷诺数不变时，同一安装角下，随着来流攻角从一5。～20。变化，叶栅监测曲线上的声压级先减小后增大，在o。来流攻角下声压级达到最小。安装角为45。时，外场总声压级随来流攻角的分布与309安装角变化趋势相近。但安装角为60。时，总声压级的变化则明显变缓。在0。来流攻角下，总声压级比安装角为30。和45。时增加了近6dB，但在其他正来流攻角下，变化并不明显。叶栅的最小声压值出现在弦线方向附近，安装角改变时，最小声压级出现的位置也不同。安装角不变，随着来流雷诺数的增大。叶栅表面的分离减小，损失降低。但叶栅表面的压力脉动随着来流雷诺数的增大而增大，使外场辐射噪

3、声增加。关键词：压气机叶栅；安装角；来流攻角；来流雷诺数；大涡模拟I气动噪声中图分类号：V23；TH453文献标识码：A叶型／叶栅的气动参数对叶轮机械气动性能有着至关重要的影响，研究人员一直致力于叶型／叶栅气动性能的实验和数值模拟研究，并获得了详实的研究成果。如Herrig等u3通过实验，得到NACA65系列叶栅在不同工况下的升阻力系数、叶栅表面压力系数的变化规律，建立了NACA叶栅气动性能数据库，为高效压气机叶栅气动设计提供了依据。张华良[2-3]和张文龙[43等通过数值模拟，研究二维扩压叶栅内流动分离以及尾缘涡脱落特征，尾缘涡脱落频率与冲角和来流马赫数之间的关系。结果表明：在定

4、常流场下，随着冲角的增加，流场中奇点总数增加；非定常条件下，流动分离主要表现为尾缘涡脱落。冲角很大时，流场中同时出现吸力面涡脱落和尾缘涡脱落，涡脱落频率随着来流马赫数的增加而增加，随着冲角的增加而降低。随着人们对噪声污染的日益重视，气动噪声逐渐成为叶轮机械设计中另一个应当考虑的重要因素，叶型／叶栅流动诱导的气动噪声与叶栅几何参数和来流参数的关系成为低噪声叶轮机械设计者必须掌握的问题。如Tomimatsu等[51通过实验的手段，研究了流体环绕叶栅的流动情况以及噪声的产生机理。Nakanor6。3和Fujisawar83等采用粒子成像测速(PIV)技术观察了叶栅的湍流特性，证明流体在叶

5、栅壁面的分离、附着点位置及周期性的尾缘涡脱落将影响宽频噪声的产生。随着计算机计算速度的提高和计算流体力学(CFD)的发展，越来越多的研究人员开始运用数值模拟手段观察叶栅通道内非定常流动的特征与气动噪声的关系。Kim等[。1采用大涡模拟(LES)和有限元方法对NACA0018叶栅进行了研究，探讨了叶栅非定常流动和辐射声场的关系。发现频收稿日期：2011-10一19；退修日期：2011—11-21；录用日期：20”-12-16；网络出版时间：2011-12-2111：33网络出版地址：wwwc咄inet／kcms／detail／111929．V．201112211133．007htmD

6、OI：CNKI：”一1929／V．201112211133．007基金项目：国家自然科学基金(50976072)，上海市教委重点学科建设项目(J50501)*通讯作者Tel．1021-55271545E-mail：alyang@usst．edu．∞飘厣格式lYangyL，YangAL。DongR．eta／．Influenceofstaggerangle017aerodynamicseundperformanceofcompressorcascadeActaAeronauticaetAstronauticaS／n／ca．2012．33(4)：588-596．橱燕丽。橱爱玲．1锐．等．

7、安装角对压气桃叶槠气动噪声特性的影响．航空学报．2012。33(4)：588．596．杨燕丽等；安装角对压气机叶栅气动噪声特性的影响率为2．03kHz时，出现最大声压值，该结果同实验值相一致。Sasaki等[10]采用CFD数值模拟方法，研究了叶栅气动噪声产生的机制。结果显示：吸力面出现分离时，随着来流攻角增大，叶栅表面产生的噪声变小；前缘点出现分离时，随着来流攻角增大，气动噪声逐渐变大。柳晓丹等[1门则通过数值模拟方法研究了叶栅气动噪声与来流攻角的关系。结果显示：来